高二物理教案：光的干涉

步入高中，相比初中更为紧张的学习随之而来。在此高二物理栏目的小编为您编辑了此文：“高二物理教案：光的干涉”希望能给您的学习和教学提供帮助。

本文题目：高二物理教案：光的干涉

【教学目标】

(一)知识与技能

1.通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波。

2.掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹。

(二)过程与方法

1.通过杨氏双缝干涉实验，体会把一个点光源发出的一束光分成两束，得到相干光源的设计思想。

2.通过根据波动理论分析单色光双缝干涉，培养学生比较推理，探究知识的能力。

(三)情感、态度与价值观

通过对光的本性的初步认识，建立辩证唯物主义的世界观。

【教学重点】双缝干涉图象的形成实验及分析。

【教学难点】亮纹(或暗纹)位置的确定。

【教学方法】复习提问，实验探究，计算机辅助教学

【教学用具】JGQ型氦氖激光器一台，双缝干涉仪，多媒体电脑及投影装置，多媒体课件(相关静态图片及Flash动画)

【教学过程】

(一)引入新课

复习机械波的干涉

[复习提问，诱导猜想]

[多媒体投影静态图片]

师：大家对这幅图还有印象吗?

生：有，波的干涉示意图。

师：[投影问题]请大家回忆思考下面的问题：

图中，S1、S2是两个振动情况总是相同的波源，实线表示波峰，虚线表示波谷，a、b、c、d、e中哪些点振动加强?哪些点振动减弱?

学生回答结果不出所料，大部分同学能答出a、c两点振动加强，d、e两点振动减弱，而对于b点则出现了争议。一种认为b点是振动加强点，另一种则认为b点是由加强到减弱的过渡状态。

师：b点振动加强和减弱由什么来决定呢?只有弄清这一点才能解决两派同学的争端。

(有学生低语，“路程差”)

师：好!刚才这位同学说到了关键，那么就请你来分析一下b点与S1、S2两点的路程差。

生：由图可以看出OO′是S1、S2连线的中垂线，所以b到S1、S2的路程差为零。

师：那么b点应为振动——(学生一起回答)：加强点。

(教师总结机械波干涉的规律，突出强调两列波的振动情况总是完全相同。)

师：光的波动理论认为，光具有波动性。那么如果两列振动情况总是相同的光叠加，也应该出现振动加强和振动减弱的区域，并且出现振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象。那么这种干涉是一个什么图样呢?大家猜猜。

生：应是明暗相间的图样。

师：猜想合理。那么有同学看到过这一现象吗?

(学生一片沉默，表示没有人看到过)

师：看来大家没有见过。是什么原因呢?

[生1]可能是日常生活中找不到两个振动情况总相同的光源。

[生2]可能是我们看见了但不知道是光的干涉现象。

师：两位同学分析得非常好，也许是没有干涉的条件，也许是相逢未必曾相识。大家看他们俩谁分析得对呢?

生：我觉得生1说的不成立，这样的光源很多，像我们教室里的日光灯，我觉得它们完全相同。

师：好。我们可以现场来试试。

(先打开一盏日光灯，再打开另一盏对称位置的日光灯)

师：请大家认真找一找，墙上、地上、天花板上，有没有出现明暗相间的干涉现象?

(大家积极寻找，没有发现，思维活跃，议论纷纷)

师：看来两个看似相同的日光灯或白炽灯光源并不是“振动情况总相同的光源”。

[投影图]

师：1801年，英国物理学家托马斯•杨想出了一个巧妙的办法，把一个点光源分成两束，从而找到了“两个振动情况总是相同的光源”，成功地观察到了干涉条纹，为光的波动说提供了有力的证据，推动了人们对光的本性的认识。下面我们就来重做这一著名的双缝干涉实验。

(二)进行新课

1.杨氏干涉实验

[动手实验，观察描述]

介绍杨氏实验装置(如图)

师：用氦氖激光器演示双缝干涉实验。

用激光器发出的红色光(平行光)垂直照射双缝，将干涉图样投影到教室的墙上，引导学生注意观察现象。

现象：可以看到，墙壁上出现明暗相间的干涉条纹。

师：(介绍)狭缝S1和S2相距很近，双缝的作用是将同一束光波分成两束“振动情况总是相同的光束”。这样就得到了频率相同的两列光波，它们在屏上叠加，就会出现明暗相间的条纹”。

结论：杨氏实验证明，光的确是一种波。

2.亮(暗)条纹的位置

[比较推理，探究分析]

师：通过实验，我们现在知道，光具有波动性。现在我们是不是可以根据机械波的干涉理论来认真探究一下实验中的明暗条纹是如何形成的呢?

[投影图]

图中，P0点距S1、S2距离相等，路程差Δ=S1 P0-S2 P0=0应出现亮纹，(中央明纹)

[演示动画]图20—3中S1、S2发出的正弦波形在P点相遇叠加，P点振动加强(如图)

鉴于上述动画的表述角度和效果，教师在此基础上再播放动画，如下图所示振动情况示意图，使学生进一步明确.不管波处于哪种初态，P0点的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A总为A1、A2之和，即P点总是振动加强点，应出现亮纹。

师：那么其他点情况如何呢?

[投影图]

P1点应出现什么样的条纹?

生：亮纹。

师：为什么?

生：因为路程差为λ，是半波长的2倍。

师：我们可以从图上动画看一下，[演示下图]

在这里大家看到，屏上P1点的上方还可以找到Δ2=|S1P2-S2P2|=2λ的P2点，Δ3=|S1P3-S2P3|=3λ的P3点，Δn=|S1Pn-S2Pn|=nλ的Pn点，它们对应产生第2、3、4…条明条纹，还有明条纹的地方吗?

生：在P点下方，与P1、P2等关于P0对称的点也应是明条纹。

师：好。我们可以总结为：Δ=2n• ，n=0、1、2…时，出现明纹。

[投影下图]那么S1、S2发出的光在Q1点叠加又该如何呢?

[演示动画]我们先来看一下，动画显示，在Q1点振动减弱。

师：在Q1点是波峰与波峰相遇还是波峰与波谷相遇?两振动步调如何?

生：是波峰与波谷相遇，振动步调刚好相反。

(教师启发学生进一步分析这点合振幅情况，以及Q1点与P0、P1的相对位置。)

师：哪位同学能总结一下Q1点的特征?

生：Q1点位置在P0、P1间，它与两波源路程差|S1Q1-S2Q1|= 。该点出现暗纹。

师：非常好!大家看像Q1这样的点还有吗?

生：有。

(全体学生此时已能一起总结出Q2、Q3…等的位置)

[教师总结]Δ=|S1Q2-S2Q2|= λ， λ…处，在P1P2、P2P3、…等明纹之间有第2条暗纹Q2、第3条暗纹Q3…

师：哪位同学能用上面的方法写个通式，归纳一下?

生：当Δ=(2n+1) ，n=0、1、2…时，出现暗纹。

[投影下图]

师：综合前面分析，我们可以画出上面图示的双缝干涉结果。

同时介绍一下相干光源，强调干涉条件。引导学生阅读教材57页上方的内容，进一步体会，杨氏实验中的双缝的作用就是得到一对相干光源。

(三)课堂总结、点评

今天我们学习了光的干涉，知道光的确是一种波。我们还确定了双缝干涉实验中，明暗条纹出现的位置：当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n• ，n=0、1、2…时，出现明纹;当Δ=(2n+1) ，n=0、1、2…时，出现暗纹。

两列波要产生干涉，它们的频率必须相同，且相位差恒定。能够产生干涉的光源叫做相干光源。杨氏实验中，双缝的作用就是得到一对相干光源。

(四)课余作业

完成P57“问题与练习”的题目。

附：课后训练

1.用波长为0.4μm的光做双缝干涉实验，A点到狭缝S1、S2的路程差为1.8×10-6 m，则A点是出现明条纹还是暗条纹?

答案：暗条纹

2.关于杨氏实验，下列论述中正确的是 ( )

A.实验证明，光的确是一种波。

B.双缝的作用是获得两个振动情况总是相同的相干光源

C.在光屏上距离两个小孔的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹

D.在光屏上距离两个小孔的路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹

答案：AB

3.对于光波和声波，正确的说法是

A.它们都能在真空中传播 B.它们都能产生反射和折射

C.它们都能产生干涉 D.声波能产生干涉而光波不能

答案：BC

4.两个独立的点光源S1和S2都发出同频率的红色光，照亮一个原是白色的光屏，则光屏上呈现的情况是 ( )

A.明暗相间的干涉条纹 B.一片红光

C.仍是呈白色的 D.黑色

解析：两个点光源发出的光虽然同频率，但“振动情况”并不总是完全相同，故不能产生干涉，屏上没有干涉条纹，只有红光。

答案：B

5.在真空中，黄光波长为6×10-7 m，紫光波长为4×10-7 m。现有一束频率为5×1014 Hz的单色光，它在n=1.5的玻璃中的波长是多少?它在玻璃中是什么颜色?

解析：先根据 0=c/f0计算出单色光在真空中的波长 0，再根据光进入另一介质时频率不变，由n= = ，求出光在玻璃中的波长 .

0=c/f0= m=6×10-7 m，可见该单色光是黄光。

又由n= 0/ 得 = 0/n= m=4×107 m。由于光的颜色是由光的频率决定的，而在玻璃中光的频率未变化，故光的颜色依然是黄光。

答案：4×10-7 m 黄色

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